La informática es verde, ¿o es marrón?

La tecnología informática actual basada en silicio es ineficiente en el uso de energía. Se espera que las TIC utilicen más del 20% de la producción mundial de electricidad para 2030. Por lo tanto, encontrar formas de descarbonizar la tecnología es un objetivo obvio para el ahorro de energía. El profesor Paulo Radley del Departamento de Física de Oxford, en colaboración con Diamond Light Source, el sincrotrón nacional del Reino Unido, está liderando la búsqueda de alternativas más eficientes al silicio. Los sorprendentes resultados de su grupo fueron publicados en naturaleza En un artículo titulado «Medio skirmion antimagnético y un pimerón a temperatura ambiente». Algunas de las texturas antimagnéticas que descubrieron podrían surgir como las principales candidatas para la electrónica de fondo antimagnético de baja energía y baja energía a temperatura ambiente.

Los investigadores llevan mucho tiempo trabajando en tecnologías alternativas al silicio. Los óxidos metálicos comunes como el hierro y el cobre son objetivos naturales porque son un elemento técnico clave que ya está presente en las computadoras basadas en silicio, lo que significa que existe una alta probabilidad de compatibilidad entre las dos tecnologías. Aunque los óxidos son excelentes para almacenar información, no son buenos para transmitir información, una necesidad para las matemáticas. Sin embargo, una de las características de los óxidos que han aparecido es que muchos de ellos son magnéticos, lo que significa que es posible que se muevan Bits magnéticos A su alrededor, ya sea en óxidos o en otros imanes, requiere muy poca energía.

El profesor Radaley dice: «Los tipos de bits de los que estamos hablando deberían ser muy pequeños (10 nm es el número objetivo típico) y deberían ser robustos incluso cuando» vibran y se voltean «. Este es un gran desafío, porque el riesgo de dispersarse demasiado es muy alto cuando el bit es pequeño. Una de las posibles soluciones vino de la dirección más probable: un extraño paralelo entre la física del estado sólido y la cosmología. De hecho, la inspiración para este proyecto fue en forma de un desafío: podemos iterar Cadenas cósmicas ¿En el imán? »

Esencial para obtener respuestas fue el uso por parte del equipo de la línea de rayos X de nanociencia de Diamond y el microscopio electrónico de fotoemisión (PEEM). Combina alta resolución espacial y alta densidad de flujo para resolver nanoestructuras en longitudes de nanoescala. Con PEEM, el haz de nanoescala puede resolver nanopartículas con diámetros inferiores a 20 nm utilizando rayos X polarizados.

Se supone que las cuerdas cósmicas son filamentos en el espacio, mucho más delgados que un átomo, pero potencialmente tan largos como el espacio interestelar. Algunas teorías cosmológicas predicen que podría formarse en los momentos posteriores al Big Bang cuando el universo se enfrió rápidamente. Aunque los investigadores todavía están debatiendo si existen o no, una teoría sugiere que las cuerdas cósmicas una vez formadas serán estables y no se «evaporarán», por lo que los astrónomos podrían descubrirlas en el futuro. La importancia de las cadenas cósmicas y las computadoras es que la descripción matemática de las cadenas cósmicas es muy simple. El mismo tipo de condiciones matemáticas que favorecen la formación de cuerdas se puede encontrar en muchos otros sistemas físicos, incluidos los imanes.

El profesor Radelli dice: «Es la belleza de la física: las ecuaciones matemáticas que describen el» gran mundo «en escalas parsec también pueden funcionar en el mundo pequeño a escalas nanométricas. Con el desafío planteado, todo lo que queda es encontrar un imán adecuado. Una vez más, resulta que el filtro es el más probable: óxido común «.

Óxido de hierro (fórmula química Fe₂los₃Un componente importante de la herrumbre. Cada átomo de hierro actúa como una pequeña brújula, pero esta es una forma especial de hierro.₂los₃ No es magnético en el sentido normal de ser atraído y atraído por otros imanes: es un antimagnético, con una mitad de la brújula de hierro apuntando al norte y la otra mitad al sur.

Hace dos años, mientras trabajaba en Diamond en muestras producidas en la Universidad de Wisconsin, Madison, el grupo Radaelli en Oxford descubrió el equivalente magnético de las cuerdas cósmicas en Fe₂los₃Y fotografiado con un potente microscopio de rayos X. Estos pequeños objetos, conocidos como Merons, son vórtices magnéticos en los que la aguja de una brújula (NESW o NWSE) gira a medida que se mueve de un átomo a otro en un bucle nanométrico.

“En retrospectiva, encontrar los chirones magnéticos fue un gran golpe de suerte, porque sabemos que es muy difícil estabilizarlos en las condiciones utilizadas en ese primer experimento. Para el artículo publicado hoy, ampliamos nuestra cooperación para incluir a la Universidad Nacional de Singapur y pude encontrar la clave para crear y destruir chirones magnéticos según lo deseado, explotando el equivalente matemático del «enfriamiento del Big Bang», agrega Radeley.

El equipo cree que hay buenas perspectivas de usar «óxido» para crear computadoras súper eficientes. Esto se debe a que a pesar de su sencillez arquitectónica, Fe₂los₃El dispositivo encontrado, donde se encontraron los meronitos y los pimerones, ya contiene todos los componentes para manejar estas pequeñas piezas de manera rápida y eficiente, por medio de una pequeña corriente eléctrica que fluye en una ‘capa de metal’ muy delgada. De hecho, según el equipo, el movimiento de merones y bimerones está siendo controlado y monitoreado en tiempo real, que es el objetivo de un futuro experimento de microscopía de rayos X que actualmente se encuentra en etapa de planificación.

Pasar de la investigación básica a la investigación aplicada significa que las consideraciones de costo y compatibilidad son primordiales. Mientras Oxido de hierro Demasiado abundante, barato y Tecnologías de fabricación La dotación de personal de investigadores en Singapur y Madison es compleja y requiere un control a escala atómica. Sin embargo, los investigadores son optimistas, ya que recientemente demostraron que es posible quitar una capa delgada de óxido de su medio de crecimiento y pegarla en casi cualquier lugar, sin que sus propiedades se vean afectadas en gran medida. Dicen que su próximo paso será diseñar y fabricar dispositivos de prueba de principio basados ​​en cadenas cósmicas.